2011-06-17

1

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Słońce odgrywa szczególną rolę w naszym układzie planetarnym.

Jest ono największym obiektem i zawiera w przybliżeniu 98%

z całkowitej masy w Układzie Słonecznym.

Dane Słońca

Masa ( kg)

1.989x10

30

Masa ( Ziemia = 1)

332 830

Promień równika ( km)

695 000

Promień równika
( Ziemia = 1)

108.97

Odległość od Ziemi (km)

150 000 000

2011-06-17

2

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Słońce odgrywa szczególną rolę w naszym układzie planetarnym.

Jest ono największym obiektem i zawiera w przybliżeniu 98%

z całkowitej masy w Układzie Słonecznym.

Główne składniki chemiczne:
Wodór
Hel
Tlen
Węgiel
Azot
Neon
Żelazo
Krzem
Magnez
Siarka
pozostałe

92.1 %

7.8 %

0.061 %
0.030 %

0.0084 %
0.0076 %
0.0037 %
0.0031 %
0.0024 %
0.0015 %
0.0015 %

STAŁA SŁONECZNA

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Temperatura wnętrza Słońca nie jest dokładnie znana.

Według różnych hipotez szacuje ją na

8 000 000 - 40 000 000 K

Najczęściej podawana jest wartość 16 000 000 K

Temperatura powierzchni Słońca (zewnętrznej strefy

konwekcyjnej, zwanej

fotosferą

) na podstawie jej barwy

promieniowania (zielonej) wynosi około 6300 K

widmo

STAŁA SŁONECZNA

2011-06-17

3

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

widmo

Sumaryczna gęstość promieniowania słonecznego

w całym zakresie widma wynosi zgodnie z prawem

Stefana-Boltzmana:



















0

2

4

S

]

m

W

[

T

d

E

E





E

gęstość promieniowania ciała doskonale czarnego





długość fali (tzw. barwy promieniowania)



















]

K

m

W

[

10

67

,

5

4

2

8

stała Stefana-Boltzmana

STAŁA SŁONECZNA

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

STAŁA SŁONECZNA

Oznaczając G

sc

jako gęstość strumienia promieniowania docierającego

do zewnętrznych warstw atmosfery ziemskiej, T

S

temperaturę

powierzchni Słońca, mamy:

sc

G

r

L

E

R











2

2

)

(

4

4





]

m

W

[

1367

)

r

L

(

R

T

G

2

2

2

4

S

sc













L=1,496x10

8

km — odległość środków Ziemi i Słońca

R=6,965x10

5

km — promień Słońca

r=6371 km — promień Ziemi

2011-06-17

4

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej































365

n

360

cos

033

,

0

1

G

G

sc

sn

n — dzień w roku, przyjmując n=1 dla 1. stycznia

STAŁA SŁONECZNA

Gęstość strumienia dla n—tego dnia

Powyższy wzór daje maksymalne odchylenia

od wartości G

sc

około ±3,4%

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Z podanego wzoru na E otrzymamy temperaturę dla powierzchni

Słońca dla ciała doskonale czarnego równą:

T

S

=5777 K

Temperatura ta nosi również nazwę

temperatury efektywnej Słońca

STAŁA SŁONECZNA

2011-06-17

5

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

BILANS ENERGETYCZNY ZIEMI

Strumień energii promieniowania słonecznego docierającego
do zewnętrznych warstw atmosfery ziemskiej przy założeniu:

G

SC

=1367 W·m

—2

r=6371 km

E=π·r

2

·G

SC

E=π·6 371 000

2

·1367=

1,74·10

17

W

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

BILANS ENERGETYCZNY ZIEMI

Z energii docierającej do granic atmosfery Ziemi
(1,74·10

17

W) około 28% (31%) 0,49·10

17

W zostaje odbite z

powrotem i rozproszone w przestrzeni kosmicznej (albedo).

ALBEDO

72% (1,25·10

17

W) wnika do biosfery ziemskiej

4

G

72

,

0

r

4

E

72

,

0

G

sc

2

śr











W odniesieniu do całej powierzchni Ziemi, średnia gęstość
strumienia promieniowania na jednostkę powierzchni Ziemi:

G

śr

=246 [W·m

—2

]

2011-06-17

6

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

BILANS ENERGETYCZNY ZIEMI

ALBEDO

W rzeczywistości około 34% energii promieniowania
wnikającego w biosferę zostaje wykorzystane na przemiany
fazowe H

2

O oraz ruchy powietrza atmosferycznego.

Tak więc, do powierzchni Ziemi dociera średnio
nie więcej, niż 0,66·246=

162

W·m

—2

TA ENERGIA JEST DO

PRAKTYCZNEGO

WYKORZYSTANIA !!!

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Promieniowanie

ALBEDO

W promieniowaniu słonecznym docierającym ostatecznie do Ziemi
wyróżnia się trzy składowe:

• promieniowanie bezpośrednie – docierające od widocznej tarczy

Słońca,

• promieniowanie rozproszone (dyfuzyjne) – emituje je cała sfera,

powstaje na skutek wielokrotnego rozproszenia przez składniki
atmosfery (chmury, pyły, aerozole),

• promieniowanie odbite – powstaje na skutek odbicia promieniowania

od form krajobrazu lub architektury.

Suma dwóch ostatnich = promieniowanie całkowite

Jego wartość zmienia się w zależności od pory dnia, roku, pogody. W
przypadku dobrych warunków atmosferycznych, przejrzystego nieba i
czystego powietrza udział promieniowania bezpośredniego może
stanowić nawet 90% udziału w promieniowaniu całkowitym.
Przy zachmurzeniu do 20x mniej.

2011-06-17

7

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Wykorzystanie energii

słonecznej przez

człowieka

Produkcja energii

elektrycznej (efekt

fotowoltaiczny)

Produkcja energii

cieplnej (konwersja

fototermiczna)

Uprawa roślin

(proces fotosyntezy)

Wykorzystanie energii słonecznej przez człowieka można

podzielić na trzy zasadnicze kierunki

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Wykorzystanie energii słonecznej przez człowieka można

podzielić na trzy zasadnicze kierunki

ENERGA

PROMIENIOWANIA

SŁONECZNEGO

Bezpośrednio

Gospodarka

światłem

naturalnym

Pośrednio

Konwersja

fototermiczna

wysokotemperaturowa

(koncentratory)

niskotemperatrowa

(kolektory płaskie)

Konwersja

fotoelektryczna

Energia

elektryczna

(ogniwa PV)

Konwersja

fotochemiczna

2011-06-17

8

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

EFEKT FOTOWOLTAICZNY

FOTOWOLTAIKA

Energia promieniowania elektromagnetycznego, głównie
w zakresie światła widzialnego, powoduje wybijanie
w półprzewodnikach elektronów z pasma walencyjnego
na poziom przewodnictwa.

Dziura jest rekombinowana elektronem z sąsiadującego węzła
sieci krystalicznej, w którym powstaje nowa dziura.

Materiał, w którym jest przewaga dziur nazywa się
półprzewodnikiem typu P.

Materiał, w którym jest przewaga elektronównazywa się
półprzewodnikiem typu N.

2011-06-17

9

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

EFEKT FOTOWOLTAICZNY

FOTOWOLTAIKA

W celu obniżenia potencjału energetycznego koniecznego do
wybicia elektronu z pasma walencyjnego, do struktury
krystalicznej, np. krzemu wprowadza się atomy o
charakterze donorów (np. fosfor - typ N) lub akceptorów
elektronów (np. bor - typ P).

Typowe

ogniwo

fotowoltaiczne

jest

to

płytka

półprzewodnikowa

z

krzemu

krystalicznego

lub

polikrystalicznego, w której została uformowana bariera
potencjału np. w postaci złącza p-n. Grubość płytek zawiera
się w granicach 200 - 400 mikrometrów. Na przednią i tylnią
stronę płytki naniesione są metaliczne połączenia, będące
kontaktami i pozwalające płytce działać jako ogniwo

fotowoltaiczne.

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

2011-06-17

10

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

RODZAJE OGNIW PV

FOTOWOLTAIKA

Ogniwa fotowoltaiczne są urządzeniami
elektronicznymi.

Ogniwa

tworzą

półprzewodniki

poukładane

w

cienkie

warstwy,

zazwyczaj materiałem, z którego są
wytwarzane jest krzem. Może to być
także arszenik galu, gdyż pozwala on na
pracę ogniw w wysokich temperaturach.
Jest to istotne np. w zastosowaniach w
przestrzeni kosmicznej, gdzie promie-
niowanie jest dużo wyższe.

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

RODZAJE OGNIW PV

FOTOWOLTAIKA

- z krzemu monokrystalicznego,

This is the most efficient technology in high
light conditions but performance drops away in
low light conditions.
Power density = 120 W

p

/m

2

2011-06-17

11

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

RODZAJE OGNIW PV

FOTOWOLTAIKA

- z krzemu polikrystalicznego,

Similar to mono-crystalline (below) but slightly less efficient.
Power density = 120 W

p

/m

2

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

RODZAJE OGNIW PV

FOTOWOLTAIKA

- z krzemu amorficznego a-Si
(thin-film)

This is very efficient in low light or cloudy conditions.
However, you do need a large area per kW

p

.

Power density = 62 W

p

/m

2

2011-06-17

12

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

RODZAJE OGNIW PV

FOTOWOLTAIKA

- z tellurku kadmu CdTe,
selenku indowo-miedziowego
CuInSe, arsenku galu GaAs

Hybrid technology.
The most efficient in the UK
and works well in high light as
well as low-light conditions - it
is a combination of mono-
crystalline and thin-film
technologies.
Power density = 156 W

p

/m

2

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Światowa produkcja ogniw/modułów fotowoltaicznych (MW)

FOTOWOLTAIKA

2011-06-17

13

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Obecnie (2010)

FOTOWOLTAIKA

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Obecnie (2010)

FOTOWOLTAIKA

2011-06-17

14

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

FOTOWOLTAIKA

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Rollable Battery Chargers
Ready to use for portable and
remote power in the range of
5, 10, and 20 watts.

Power Film –
Flexible photovoltaic panels

2011-06-17

15

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

•12"x22" open
•6.4 oz
•Max output: 4.5 watts (15.4 Volts /
300 mA)
•Designed for charging small
electronics like cell phones and PDAs
•Price: 169$

FOTOWOLTAIKA

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

GM Sunraycer 1987 r. 79 km/h

2011-06-17

16

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

IVy 2011 r. 88 km/h 1200W max.

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

W Europie Południowej średnia wartość

napromieniowania zmienia się w przedziale od

1200 kW·h/m

2

/rok (np. Francja) do 2000

kW·h/m

2

/rok (np. Hiszpania).

W krajach środkowo – europejskich

optymalny kąt nachylenia płaszczyzny

kolektorów słonecznych lub ogniw

fotowoltaicznych do poziomu wynosi

około 35˚, zaś w regionie

śródziemnomorskim 20˚ – 30˚.

2011-06-17

17

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Kraj



= 0

˚



= 30

˚

Wielka Brytania

770 – 1 070

910 – 1 250

Holandia

960 – 1 000

1 104 – 1 146

Hiszpania

1 160 – 1 730

1 264 – 1 955

Włochy

1 272 – 1 667

1 443 – 1 900

Grecja

1 357 – 1 479

1 689 – 1 849

Niemcy

867 – 1 037

956 – 1 204

Polska

934 – 1 094

1 030 – 1 270

Francja

1 090 – 1 520

1 245 – 1 762

Irlandia

984 – 1 030

1 133 – 1 226

Dania

1 020

1 205

Szwajcaria

1 140 – 1 367

1 302 – 1 650

Belgia

958 – 1 059

1 087 – 1 216

Austria

1 264

1 465

Roczne sumy energii promieniowania słonecznego dla kilku wybranych krajów

europejskich dla płaszczyzny poziomej i płaszczyzny nachylonej

pod kątem 30˚, (kW·h/m

2

/rok)

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Źródło:

KOLEKTORY CIEPLNE

2011-06-17

18

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

• wysoka absorpcja

padającego promieniowania
słonecznego

• małe wtórne

wypromieniowanie ciepła

• dobre przekazywanie ciepła

do cieczy solarnej, która go
transportuje

• odporność na korozję

• odporność na temperaturę

• niskie opory przepływu

cieczy solarnej

• mały czas nagrzewania

Wysokowydajny absorber cechuje się następującymi wskaźnikami
jakościowymi:

Źródło:

KOLEKTORY CIEPLNE

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Zasada działania kolektora płaskiego rurowego

Źródło:

2011-06-17

19

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Źródło:

Zasada działania kolektora płaskiego rurowego

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

Źródło:

Zasada działania kolektora płaskiego rurowego

2011-06-17

20

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

In 1987, the Swiss government started a

program to mount PV arrays on a sound

barrier along a main motorway.

2011-06-17

21

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

BUILDING INTEGRATED PHOTOVOLTAICS

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

2011-06-17

22

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

2011-06-17

23

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

ALBEDO

Albedo (białość) - to stosunek ilości promieniowania odbitego do padającego

2011-06-17

24

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej

2011-06-17

25

SŁOŃCE

Źródło Energii Odnawialnej